盧大偉，毛國梁，李慶松，孟建勛

(1.東北石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 黑龍江 大慶 163318；2.大慶油田采油工程研究院 黑龍江 大慶 163453)

稠油油藏的熱采可分為2個(gè)階段，第一階段為蒸汽吞吐；第二階段為蒸汽驅(qū)。稠油在進(jìn)行多個(gè)周期的第一階段注蒸汽之后，稠油吸收熱量導(dǎo)致黏度稍微降低，稠油在地層中開始具有流動(dòng)性；轉(zhuǎn)入第二階段，隨著單位時(shí)間內(nèi)注汽量的增加和注汽強(qiáng)度的提高，制約稠油資源采收率的汽竄現(xiàn)象變得越來越明顯，汽竄的發(fā)生就會(huì)使后期蒸汽在油藏各個(gè)方向上受熱不均勻，從而導(dǎo)致蒸汽波及面積變小、蒸汽的熱損失增加、生產(chǎn)成本提高等問題[1]。當(dāng)發(fā)生汽竄時(shí)，蒸汽沿著滲透率高的方向前進(jìn)，直到形成汽竄通道，造成油藏整體動(dòng)用程度不均，影響稠油資源的開發(fā)；蒸汽一旦形成汽竄通道，就會(huì)突破直接從生產(chǎn)井溢出，損失大量的熱量，汽竄井排液量增加，注采井之間的溫度差異變大，油井出砂，嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致邊底水突進(jìn)，影響正常的生產(chǎn)等[2]。因此從稠油蒸汽驅(qū)封竄劑的封竄機(jī)理出發(fā)，深入的研究稠油蒸汽驅(qū)封竄劑的配方，尋找有效的封堵汽竄的措施是當(dāng)下緊要的任務(wù)，同時(shí)這還對提高稠油油藏?zé)岵尚Ч哂惺种匾囊饬x。

1 汽竄的類型

汽竄按照產(chǎn)生的階段不同可以分為2種，一種為蒸汽竄；一種為熱水竄。在蒸汽驅(qū)階段，采油現(xiàn)場一般采用的是井組模式。一般是中間一口注入井，周邊是采出井。當(dāng)井組模式不同，注入井和采油井之間的距離不同，每一口采油井出油時(shí)間不同，油層中原油儲(chǔ)量和蒸汽壓力的差異，導(dǎo)致井間高滲透層在較大壓差作用下被水蒸汽突破形成竄流通道；在稠油熱釆的蒸汽吞吐階段，隨著注汽強(qiáng)度的增加蒸汽“舌形”指進(jìn)形成真正的汽竄，汽竄多發(fā)生在生產(chǎn)井間的高含水率通道，此時(shí)從注汽井注入的蒸汽冷凝而形成的熱水發(fā)生指進(jìn)，即熱水很快竄到生產(chǎn)井。當(dāng)熱水和原油在采油井被采出時(shí)從井口可以見到閃蒸出來的蒸汽這種現(xiàn)象稱為熱水竄[3]。

2 封竄劑的分類

稠油蒸汽驅(qū)封竄劑可以分為3大類：凝膠型封竄劑、顆粒型封竄劑、泡沫型封竄劑。其中凝膠型封竄劑又可分為有機(jī)凝膠型封竄劑和無機(jī)凝膠封竄劑，有機(jī)凝膠封竄劑按照主劑不同可以分為聚丙烯酰胺類凝膠封竄劑、聚乙烯胺類凝膠封竄劑、腐殖酸鈉/硝基腐殖酸鈉類凝膠封竄劑、改性落葉松栲膠類凝膠封竄劑。

2.1 凝膠型封竄劑

2.1.1 聚合物凝膠型封竄劑封堵汽竄的機(jī)理

聚合物凝膠型封竄劑注入地層后，其中的主要成分聚合物與有機(jī)基團(tuán)反應(yīng)生成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而形成凝膠。聚合物凝膠型封竄劑在高滲透率的地層中依靠堵塞、捕集和吸附等物理作用來封堵高滲透層，阻止蒸汽沿高滲透層的竄流，增加高滲層的流動(dòng)阻力，使蒸汽進(jìn)入滲透率低的地層，改善波及效果[4]。

作為組成凝膠主要成分的聚合物，由于其耐溫性差阻礙了其在熱采過程中的推廣和應(yīng)用，因此要對其改性以適應(yīng)稠油蒸汽驅(qū)井下的高溫環(huán)境。下面從有機(jī)凝膠型和無機(jī)凝膠型封竄劑2個(gè)方面進(jìn)行綜述和分析。

2.1.2 有機(jī)凝膠型封竄劑

(1) 聚丙烯酰胺/有機(jī)交聯(lián)體系凝膠封竄劑

趙芳[5]研制的聚丙烯酰胺/有機(jī)交聯(lián)體系凝膠封竄劑的配方為HPAM/酚醛+烷基聚氧乙烯醚+石油樹脂，該體系能耐 200 ℃的高溫，同時(shí)抗鹽性能可以達(dá)到 2×104mg/L。

張恩臣[6]研制聚丙烯酰胺/有機(jī)交聯(lián)體系凝膠封竄劑的配方為HPAM+甲醛、間苯二酚+熱穩(wěn)定劑，該體系能耐200 ℃的高溫。該配方在遼河油田蒸汽吞吐井中推廣應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用98井次成功了94井次，其中增油效果很顯著，汽竄問題得到很好地抑制，有效地提高稠油采收率。

祖莉華等[7]根據(jù)河間東營油田高溫油藏的特點(diǎn)，對聚丙烯酰胺-酚醛樹脂凝膠體系進(jìn)行研究并開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各因素對聚丙烯酰胺-酚醛樹脂凝膠體系成膠強(qiáng)度、穩(wěn)定性的影響程度，由強(qiáng)到弱依次為聚合物、交聯(lián)劑、助劑。在此基礎(chǔ)上開展體系配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定了最佳配方為聚合物1 200 mg/L+交聯(lián)劑主劑2 250 mg/L+交聯(lián)劑助劑1750 mg/L。截至2014年12月中旬，已在10個(gè)井組進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，其中6口井初步見效，7口井明顯見效，井口壓力平均上升5.32 MPa，累計(jì)增油1 262 t，效果較好。

(2) 聚乙烯胺/樹脂型凝膠封竄劑

聚乙烯胺是由三元環(huán)結(jié)構(gòu)的單體乙烯胺在催化劑的作用下均聚合成的高分子共聚物，該聚合物的相對分子質(zhì)量從300～10 000不等。選取適當(dāng)相對分子質(zhì)量的聚乙烯胺，通過胺基鏈陽離子性與甲醛、苯酚混溶于水，在地層中形成交聯(lián)體系[8]。聚乙烯胺在室溫下黏度約為100 mPa·s，黏度比較低[9-10]，該聚乙烯胺/樹脂型凝膠封竄劑在約205 ℃形成凝膠，在稠油蒸汽驅(qū)油藏的提高采收率方面具有很廣的應(yīng)用前景，但因單體的成本高、合成利用率低等原因從而限制了其在油田化學(xué)劑中的普及。

(3) 腐殖酸鈉/硝基腐殖酸鈉類凝膠封竄劑

腐殖酸鈉/硝基腐殖酸鈉凝膠調(diào)剖體系不但能在在地層復(fù)雜的高溫環(huán)境中穩(wěn)定存在，而且能長時(shí)間保持好的封堵效果。該體系還由于原料來源廣、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在高溫低滲透油藏的蒸汽驅(qū)中占有重要的一席之地。

李素敏[11]研制的腐殖酸鈉/硝基腐殖酸鈉類凝膠封竄劑的配方為腐殖酸鈉+交聯(lián)劑苯酚、交聯(lián)劑甲醛+HPAM助劑，同時(shí)還探究耐溫性、礦化度、溫度和pH值這4種因素分別對凝膠成膠性能的影響。結(jié)果表明，該配方的腐殖酸鈉凝膠封竄劑耐溫范圍在20～220 ℃；礦化度的范圍在0～14 000 mg/L；pH適用范圍為7～10。

張弦，王海波等[12]將硝基腐殖酸鈉+交聯(lián)劑配制出具有耐高溫性能的硝基腐殖酸鈉凝膠調(diào)堵體系，并通過實(shí)驗(yàn)對其性能進(jìn)行評價(jià)。得到控制汽竄高溫凝膠調(diào)堵體系的最佳配方為1.5%～2.5%甲醛+1.0%～2.0%間苯二酚+8.0%～10.0%硝基腐殖酸鈉(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。該調(diào)堵體系最高可耐溫290 ℃，對不同滲透率的巖心都具有良好的封堵效果，封堵率約在95%，對高滲透層具有很好的選擇性，有效調(diào)整吸汽剖面，能滿足稠油蒸汽驅(qū)防汽竄的需求。

(4) 改性落葉松栲膠類凝膠封竄劑

栲膠是植物體內(nèi)所含的能將生皮鞣成革的多元酚衍生物，又稱植物鞣劑。栲膠是一類復(fù)雜的天然化合物的總稱，主要成分為多元酚類化合物和單寧，次要成分有非單寧和不溶物。其中的單寧成分與醛類發(fā)生縮合反應(yīng)而樹脂化形成具有一定彈性的凝膠。該凝膠還遠(yuǎn)不能滿足稠油蒸汽驅(qū)封竄劑的要求，所以要對其改性。

曲占慶，張杰等[13]研究了新型改性落葉松栲膠復(fù)合耐高溫選擇性調(diào)堵體系。得到改性落葉松栲膠最優(yōu)配方為6.0%磺化落葉松栲膠、2.0%醛類交聯(lián)劑 WR-1、1.0%～1.5%酚類促進(jìn)劑P-1，其余為水(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。凝膠在350 ℃條件下經(jīng)過280h放置，凝膠的質(zhì)量損失率穩(wěn)定在10%以內(nèi)，形態(tài)完好，強(qiáng)度也趨于穩(wěn)定。

王建偉[14]制備的改性栲膠調(diào)堵劑的配方為改性栲膠+交聯(lián)劑水溶性酚醛樹脂。在密閉條件下，同時(shí)探究礦化度、溫度和pH值這3種因素分別對凝膠成膠性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明凝膠熱穩(wěn)定性、耐溫性能優(yōu)異，凝膠對酸、堿、鹽均有一定的抵抗能力，凝膠能用于較高礦化度地層。

2.1.3 無機(jī)凝膠型封竄劑

無機(jī)凝膠高溫調(diào)剖劑的組成主要有無機(jī)膠凝劑、激活劑、緩凝劑、分散劑等。無機(jī)凝膠型封竄劑主要通過控制溫度，無機(jī)、有機(jī)復(fù)合活化劑的用量，來調(diào)節(jié)成膠速度和成膠后的強(qiáng)度。這種高溫調(diào)剖劑在成膠前黏度低，利于泵注；在地層中成膠后，強(qiáng)度高、耐溫性好，能夠滿足蒸汽驅(qū)條件下的耐熱、耐蒸汽沖刷的要求，有效期較長。

呂哲勇[15]研制的無機(jī)凝膠的成膠溫度在40～100 ℃，成膠時(shí)間8～240 h可調(diào)，耐溫350 ℃，突破壓力梯度>6 MPa/m，封堵率≥98%。在齊40-6-K121區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)無機(jī)凝膠高溫調(diào)剖劑，措施實(shí)施后注汽壓力保持在5.5 MPa，比施工前注汽壓力提高了2.5 MPa，截止到2011年2月28日累計(jì)增油1 288 t。

馬春寶[16]所報(bào)道的熱沉積無機(jī)凝膠堵劑由A、B兩液混合而成耐溫性達(dá)400 ℃。2008年在遼河錦45、錦25塊蒸汽吞吐井用該堵劑實(shí)施堵水作業(yè)16井次,調(diào)剖作業(yè)18井次,增油降水效果顯著。

2.2 顆粒型封竄劑

顆粒型堵劑的堵塞機(jī)理為固體顆粒型調(diào)剖劑注入地層的過程遵循最小流動(dòng)阻力原則，因此絕大部分調(diào)剖劑會(huì)進(jìn)入阻力小的特高滲透層或高滲透層，并在其中沉降，隨著顆粒沉降所形成的堆積體大幅度降低所波及范圍內(nèi)地層的絕對滲透率，導(dǎo)致其吸汽能力降低，達(dá)到封堵高滲透強(qiáng)吸汽層的目的，使后續(xù)注入的蒸汽改變注入方向，進(jìn)入未波及的中、低滲透層，使整體吸汽剖面向合理方向改變，提高注入蒸汽波及體積，改善了油井出油剖面。

顆粒型堵劑由于其原料來源廣，成本低廉、封堵強(qiáng)度高、耐高溫且作用時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，在稠油蒸汽驅(qū)封堵高滲透層方面應(yīng)用比較多。

王建[17]以粉煤灰作為主劑，加入懸浮劑、固化劑和助劑，制得一種高溫封竄劑。堵劑配方為粉煤灰40%+MAC懸浮劑0.25%，固化劑GH3.0%～5.0%，助劑0.08%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。封堵性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該堵劑在高溫高鹽條件下穩(wěn)定性好，在350 ℃下老化180 d后固化強(qiáng)度仍保持在高強(qiáng)度狀態(tài)。巖心封堵率在99%以上，最高突破壓力梯度為35.31 MPa/m。該堵劑能長期有效封堵高溫油藏的高滲層竄流通道。

馬道田[18]報(bào)道了一種KD型水泥復(fù)合堵劑。該堵劑能夠耐160 ℃的高溫、80 MPa高壓,終凝后堵劑的w(固)>98%，析水質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%，封堵性能好,能夠適應(yīng)稠油蒸汽驅(qū)的高溫環(huán)境生產(chǎn)需要。該工藝在作業(yè)現(xiàn)場獲得了應(yīng)用,共實(shí)施8口井,成功率100%。

李志華等[19]研制了以小于0.8 mm硅酸鹽顆粒為前置段塞、0.8～1.2 mm為后置段塞組合的封堵方式解決孤島油田開發(fā)過程中遇到的水竄、氣竄問題。粒徑小的硅酸鹽顆粒所形成的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度高、滲透率低；所形成的固結(jié)體耐溫性能良好，現(xiàn)場使用過程中顆粒粒徑可以根據(jù)地層孔喉大小進(jìn)行匹配。

2.3 泡沫型封堵劑

高溫泡沫調(diào)剖堵劑主要基于2個(gè)機(jī)理：(1)封堵機(jī)理。當(dāng)泡沫通過地層中狹窄的孔喉時(shí)，泡沫由圓形變形為橢球形，前后端液面為曲率不等的橢圓，阻礙后續(xù)蒸汽的前進(jìn)，阻力增加，并且這種阻力可以疊加。利用泡沫在地層中的“賈敏效應(yīng)”封堵蒸汽竄流通道，提高蒸汽波及體積；(2)降低界面張力機(jī)理。泡沫劑是表面活性劑其中1種，它在油水界面吸附。根據(jù)表面功的公式W=γdA，泡沫劑降低油水界面自由能，使油水界面張力降低，提高洗油效率。因此，泡沫調(diào)剖劑既能提高蒸汽波及體積又可提高洗油效率，進(jìn)而提高原油采收率。

劉瑾[20]研制的以石油磺酸鈉作為發(fā)泡劑的氮?dú)馀菽z體系，該體系的耐溫范圍為 220～300 ℃。該泡沫凝膠提高了油氣比，并在遼河油田進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用效果很好累計(jì)增油2 047 t，排水期縮短，顯著改善了汽竄的危害。

吳軍財(cái)，劉志強(qiáng)[21]對氮?dú)馀菽瓌┳⑷牍に噮?shù)進(jìn)行了優(yōu)選。結(jié)果表明，發(fā)泡劑最佳使用質(zhì)量濃度為5 g/L，V(注氮?dú)怏w積)∶V(蒸汽)=1～ 1.5∶1，在地面條件下注氮?dú)饬颗c蒸汽量之比為25～40∶1。氮?dú)馀菽{(diào)剖劑在井樓油田七區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，油汽比比以前提高0.04，累計(jì)增油610 t，達(dá)到了封堵汽竄的效果，提高了蒸汽的波及系數(shù)和提高了原油的采油率。

蒲春生，石道涵[22]等對高溫自生氣泡沫凝膠體系進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。研究表明該自生氣泡沫具有選擇性調(diào)驅(qū)性能，調(diào)驅(qū)劑A具有很好的耐溫性，在200 ℃時(shí)阻力因子高達(dá)60。自生氣泡沫能有效改善汽竄，降低蒸汽流度，提高蒸汽波及體積，為稠油高效開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3 結(jié)束語

(1) 凝膠類高溫調(diào)剖劑封堵能力較強(qiáng)、成本低、對油層傷害小；但是長時(shí)間高溫下易破膠，封堵率差，成膠溫度低，在蒸汽驅(qū)中后期高溫環(huán)境下成膠困難；

(2) 顆粒型封堵劑適合封堵大孔道和裂縫，封堵后能承受的高強(qiáng)度高溫蒸汽的沖刷，缺點(diǎn)是在溫度大于120 ℃后不易成膠，調(diào)剖規(guī)模較??；

(3) 泡沫類調(diào)剖劑的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)泡劑耐溫高，在較高的油層溫度下形成泡沫穩(wěn)定性相對較好，而且起到表面活性劑的作用能夠提高洗油效率；缺點(diǎn)是有效期短(僅為約30 d)，封堵強(qiáng)度低，持續(xù)性注汽比較困難。

針對單一封竄體系的封竄劑在地層環(huán)境中封堵時(shí)間短、效果欠佳，科學(xué)工作者從封堵機(jī)理出發(fā)，研制復(fù)合調(diào)堵體系并探究各體系間的相互協(xié)同作用，使復(fù)合體系達(dá)到最佳的封堵效果。其中，無機(jī)/有機(jī)復(fù)合體系的封堵機(jī)理、自生氣泡沫凝膠體系的配方等將成為未來研究的熱點(diǎn)。總而言之，稠油蒸汽驅(qū)封竄劑正在朝著低成本、耐溫性好、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。

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